Erdoğan Eşref HAKKI, Ayşegül ÜNLÜ, Zeynep ÖZBEK, Sait GEZGİN, Mehmet BABAOĞLU

Bor biriktiren Gypsoplila I., Cinsi bitkilerin moleküler genetik yöntemlerle karakterizasyonu

Toprak ve su kaynaklarının metallerle kontaminasyonu çağımızın en acil uygulanabilir çözüme ihtiyaç duyduğu çevre ve insan sağlığı problemidir. As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn ve radyoaktif Sr, Cs ve U en önemli metal kirleticileri olarak bilinmektedir. Maden arama/işleme, endüstriyel faaliyetler, kazalar (Çernobil faciası vs.) gibi antropojenik etkiler sonucu meydana gelen ağır çevre tahribatının (buna metallerin yamsıra solventler, patlayıcılar, pestisitler de dahildir) yanında Cu, Zn, B gibi elementlerin doğal biyojeokimyasal fenomenler neticesinde bazı geniş tarım alanlarında fitotoksik düzeylerde birikmeleri ile tarımsal faaliyetlerde büyük kayıplar ortaya çıkmaktadır. Haşatı yapılan bitkilerin bu elementlerin yüksek dozlarından az etkilendikleri durumlarda dahi, besin zinciri yoluyla insan sağlığına olumsuz etkiler söz konusu olabileceğinden bu kirliliğin uygun teknolojilerle temizlenmesi çalışmaları interdisipliner bir şekilde sürdürülmektedir. Türkiye topraklarında mikroelement problemleri konusunda yapılan değerli çalışmalar konu ile ilgili altyapının oluşmasını sağlamış olup problemlerin doğru tanımlanıp bitki biyokimyacıları, moleküler biyologlar, toprak kimyacıları, ekologlar ve hidrologlar, ziraat ve çevre mühendisleri ve yasa yapıcıların biraraya gelerek yüksek teknoloji uygulamaları ile "phytoremediation " diye bilinen çok daha ucuz ve uygulanabilir akıllı teknolojileri kullanmanın yolu açılmıştır. Bu çalışma kapsamında bor-hiperakümülatör bir bitki olarak ilk defa tespit etmiş olduğumuz Gypsophila bitkilerinin bulundukları yüksek B içerikli ekstrem ortamlardan laboratuar koşullarına taşınması, laboratuarda doku kültürü yöntemleri ile çoğaltılması ve tekrar sera şartlarında idamesi sağlanmıştır. Gypsophila bitkilerinin element içerikleri detaylı bir şekilde incelenmiş, aralarında tarımsal öneme sahip aksesyonların da yer aldığı farklı Gypsophila ekotiplerinin moleküler genetik yöntemlerle analizi ilk defa gerçekleştirilmiştir. Ağır metal alımı yüksek ve Türkiye'ye has bitkilerin tespiti gen kaynaklarının korunması açısından ileride önemli katkılar sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler:

DNA parmakizi, Gypsophila, moleküler genetik, bor

Characterization of plants in the genus Gypsophila I., via molecular genetic methods

One of the most important environmental and health problems of today that needs urgent solution is the metal contamination of soil and water resources. As, Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn and radioactive Sr, Cs and U are known as the most important metal contaminants. Together with the heavy environmental devastations coming from anthropogenic effects, like the mine searches/processes, industrial activities, accidents (like that of Chernobil), that use minerals but also solvents, explosives and pesticides, natural biogeochemical phenomena also result in heavy destruction of large agricultural areas with elements like Cu, Zn, B and lead to large quantities of agricultural production reductions. Even when the cultivated plants are not seriously influenced from high elemental concentrations in the soil, still the need to clean up these contaminations in an interdisciplinary manner with proper technologies persists due to the possible effects on human that may come from the food chains. Valuable preliminary investigations on the microelement problems of Turkish soil has generated a suitable environments for biochemists, molecular biologists, soil chemists, ecologists and hydrologists, agricultural and environmental engineers and ■law makers to come together and utilize cost effective and innovative technologies like phytoremediation. With this study, Gypsophila plants that were, for the first time, described as boron-hyperaccumulators were brought to our laboratories from their high-B containing extreme environments, maintained and amplified with tissue propagation techniques in the laboratories followed by their long term maintenance in controlled glasshouse. The elemental analysis of Gypsophila was determined in detail and different ecotypes of Gypsophila plants, including some agronomically important accessions, were analysed with molecular genetics methods. Determination of plants that hyperaccumulate heavy metals and are specific to Turkey is of paramount importance in terms of conservation of genetical resources for future benefits.

Keywords:

DNA fingerprinting, Gypsophila, molecular genetics, boron,

___

1. Agulhon H. 1910. Presence et utilite du bore chez les vegetaus. Annales De L'institut Pasteur. 24: 321-329.
2. Babaoglu, M., Gezgin, S., Topal, A., Sade, B., Dural, H. 2004. Gypsophila sphaerocephala Fenzl ex Tchihat.: A Boron Hyperaccumulator Plant Species That May Phytoremediate Soils with Toxic B Levels. Turk. J. Bot. 28: 273-278.
3. Bellaloui, N., Brown, P.H. 1998. Cultivar differences in boron uptake and distribution in celery (Apium graveolens), tomato (Lycopersicon esculentum) and wheat {Triticum aestivum). Plant and Soil 198: 153-158.
4. Brown, P.H., Shelp, B.J. 1997. Boron Mobility in Plants. Boron in Soils and Plants: Reviews. Kluwer Academic Publishers. Printed In The Netherlands. Plant and Soil 193: 85-101.
5. Brown P.H., Hu, H.N. 1996. Phloem mobility of boron is species dependent: Evidence for phloem mobility in sorbitol-rich species, Annals Of Botany 11 (5): 497-505.
6. El-Motaium, R., Hu, H. and Brown, P. 1994. The relative tolerance of six Primus rootstocks to boron and salinity. J. Am. Soc. Hort Sci. 119, 1169—1175.
7. El-Shintinawy, F. 1999. Structural and functional damage caused by boron deficiency in sunflower leaves. Photosynthetica 36: 565-573.
8. Gezgin, S., Hamurcu, M., Dursun, N., Ayalsi, Y., Nalcioglu, C. 1999. Konya Ovasında Şeker Pancarının Gübrelenmesi, Şeker Pancarı Tarım Tekniği. 1. Uluslar arası Sempozyumu 5: 40-47.
9. Grotz, N., Fox, T., Connolly, EX., Park, W., Eide, D. 1998. Identification of a family of zinc transporter genes from Arabidopsis that respond to zinc deficiency. ProcNatl Acad Sci. USA. 95: 7220-7224.
10.Hu, H. and Brown, P.H. 1997. Absorption of boron by plant roots. Plant and Soil 193: 49-58.
11.Hulina, N. and Dumija, L. 1999. Ability of Reynoutria japonica Houtt (Polygonaceae) to Accumulate Heavy Metals. Periodicum Biologorum 101: 233-235.
12.Jefferies, C, Aitken, A., McLean, N., Macdonald, K. and McKissock, G. 1999. Assessing the performance of urban BMPs in Scotland. Water Science and Technology 39(12): 123-131.
13.Jefferies, S.P., Pallotta, M.A., Paul, J.G., Karakousis, A., Kretschmer, J.M., Manning, S., Islam, A.K.M.R., Langridge, P. and Chalmers, K.J. 2000. Mapping and validation of chromosome regions conferring boron toxicity tolerance in wheat {Triticum aestivum). Theoretical and Applied Genetics Q: 161-111.
14.Pence, N.S., Larsen, P.B., Ebbs, S.V., Lethan, D.L.D., Lasat, M.M., Garvin, D.F., Eide, D. and Kochian, L.V. 2000. The molecular physiology of heavy metal transport in the Zn/Cd hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. Proc. Natl. Acad Sci. USA.91: 4956-4960.
15.Rout, G.R., Samantaray, S., Das, P. 1999. In vitro selection and biochemical characterisation of zinc and manganese adapted callus lines in Brassica spp. Plant Science 146(2): 89-100.
16.Santandrea, G., Pandolfmi, T. and Bennici, A. 2000. A physiological characterization of Mn-tolerant tobacco plants selected by in vitro culture. Plant Science 150(2): 163-170.
17.Shelp, G.S., Chesworth, W. and Spiers, G. 1996. The amelioration of acid mine drainage by an in situ electrochemical method; part 2: employing aluminium and zinc as acrificial anodes. Applied Geochemistry 11(3): 425-432.
18.Takano, J., Noguchi, K., Yasumori, M., Kobayashi, M., Gajdos, Z., Miwa, K., Hayashi, H., Yone yama, T., Fujiwara, T. 2002, Arabidopsis boron transporter for xylem loading, Nature 420(6913): 337-340.
19.Warington, K. 1923. The effect of boric acid and borax on the broad bean and certain other plants, Ann. Bot. 37:629-72.